JP2011233997A - オーディオ再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のスピーカーで構成するマルチチャンネル再生音場において、仰角方向の仮想音場の高さをそろえるために各々のスピーカーの高さの検知が必要だが、そのためには多数のマイクロホンが必要になるか測定に手間がかかる
【解決手段】スピーカー１１１から出力した出力信号を第１のマイクロホン１０１と第２のマイクロホン１０２とで収音し、信号解析装置１０５は収音した音声データから直接波と第１反射波を検出し、前記直接波の時間関係を用いて複数の第１反射波から床方向からの第１反射波を選別する。選別した第１反射波の到来時間と前記第１マイクロホン１０１の高さからスピーカー１１１の高さを算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばマルチチャンネル音声信号を再生する音響システムや、音響システムを調整するための装置や方法に関する。

昨今のＡＶ（Ａｕｄｉｏ＆Ｖｉｄｅｏ）機器でのオーディオ再生は、ホームシアター関連技術の開発が盛んであり、視聴者の周辺に複数のスピーカーを配置し、全方向の臨場感を高めている。とりわけ、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）の開発により記録チャンネル数が増加し、２チャンネルステレオ方式から５．１チャンネルの音場再生へ発展し、現在では更に後方へ１本ないし、２本のスピーカーを追加し、６．１チャンネル、７．１チャンネルの音場再生へ拡大している。具体的にはＤｏｌｂｙ ＰｒｏＬｏｇｉｃ IIｘによる５．１チャンネル信号源の７．１チャンネル信号への拡張や、ＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ登録商標）ディスクでの７．１チャンネル信号源の記録などである。

更に、水平方向のチャンネル数の増加だけでなく、仰角方向にもチャンネル数を増やしてサラウンド音場の臨場感や包まれ感を向上させる取り組みが行われている。例えば、Ｄｏｌｂｙ ＰｒｏＬｏｇｉｃ IIｚ方式によってフロントスピーカーの上方にスピーカーを配置し、５．１チャンネル信号に信号処理を施してそれぞれのスピーカーに出力させる信号を生成し、７．１チャンネル信号へ拡張したサラウンド音場を生成している。また、実際のスピーカーを追加で設置するのではなく、従来の５．１チャンネルのスピーカーを用いて実際にはスピーカーのない場所に仮想音像を生成し、頭部伝達関数を応用した特性を仮想音像に適用して仮想音像の定位感を向上させる技術を、従来の水平方向の仮想音像だけではなく、仰角方向の仮想音像にも応用する取り組みもなされている。

仰角方向の仮想音像によって視聴者に対して仰角方向のサラウンド音場を生成するが、このサラウンド音場においては、高さのばらつきが少ないことが重要である。例えば、映画の音響効果でフライオーバーというのがある。前方のスピーカーから発音された音像（例えば飛行機のエンジン音）が、視聴者の頭上を越えて後方へ（または後方から前方へ）と移動する音響効果である。図１０（ａ）に示すように、フロントチャンネルとサラウンドチャンネルの音源を発音するそれぞれのスピーカーの高さが同じ場合にはフライオーバーを表現する合成音像の軌跡の高さも一定に保たれるが、図１０（ｂ）のように前後で使用しているスピーカーの高さが異なると、フライオーバーの音像の軌跡が歪んでしまう。このように、複数のスピーカーに渡って合成音像が移動することによって移動感や包まれ感を再現する音場では高さのばらつきが少ないことが重要であり、これは仰角方向の仮想音像によるサラウンド音場にも言える。高さのばらつきの少ない仮想音像を生成するためには、実際のスピーカーの高さを知る必要がある。

スピーカーの水平方向の位置だけでなく高さ方向の位置すなわち発音体の３次元の位置を、マイクロホンを使って検出する方法としては、特許文献１に開示された「４点法」というものがある。この方法は、１つのマイクロホンを基準の原点に、他の３つのマイクロホンを先のマイクロホンを基準とした直行座標軸上に配置され、発音体からの出音を収音した時間差を利用して発音体の位置を算出するものである。

また、特許文献２に記載されている音場測定装置では、２つのマイクロホンで発音体の３次元の位置を検出する方法が示されている。この方法は、最初にある１つのスピーカーと２つのマイクロホンとの距離を測定した後、その１つめのスピーカーの位置を基準として２つのマイクロホンを、平行移動か、基準に対して等距離を保ちながらの移動か、一方のマイクロホンを中心にもう一方のマイクロホンを回転させるか、という移動をさせながら目的のスピーカーとの距離を数回測定する。各測定時に得られるスピーカーの位置の候補を何回か測定するごとに絞り込み、最終的に位置を特定するというものである。

特開昭６１−２９６８９６号公報 特開２００７−０２８４３７号公報

特許文献１に記載の４点法による測定方法は、マイクロホンが少なくとも４つ必要でコストがかかるという課題がある。音場補正のための測定機能はＡＶアンプ等に搭載されているが、使用されているマイクロホンの数は１つか２つの場合が多い。スピーカーと測定位置との距離のみを測定するならば１つのマイクロホンでも可能であるが、高さを含む位置の測定は原理的に難しい。このような状況でマイクロホンを４つ使用するのは従来に比べてコストがかかる_。

また特許文献２に記載の測定方法は、マイクロホンの数は２つだが、スピーカーの位置を得るまでにマイクロホンセットを何回か移動させなければならない。しかも、基準となるスピーカーとの距離を保たなければならない等移動方法の制約もあり、測定時に手間がかかるという課題がある。

そこで本発明は、２つのマイクロホンでスピーカーの高さを測定し、複数のスピーカーの高さの補正のための情報を提供する、もしくは仰角方向に生成する仮想音像の高さを制御することによって良好なマルチチャンネル音響音場を実現するオーディオ再生装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のオーディオ再生装置は、複数のスピーカーを用いて仰角方向に仮想音像を生成するオーディオ再生装置において、所定の高さに設置され、前記スピーカーから出力される音声信号および再生音場内の反射音を収音する第１のマイクロホンと、前記第１のマイクロホンと同じ高さに設置され、前記第１のマイクロホンから所定距離だけ離れた位置に設置される第２のマイクロホンと、前記第１のマイクロホンの出力信号及び第２のマイクロホンの出力信号に含まれる複数の反射波を検出する反射波検出装置と前記複数の反射波のマイクロホン間の相互相関係数を算出する相互相関値算出装置と、前記再生音場内において、前記複数のスピーカーから床、天井、壁を含む反射面への距離の大小関係に関する情報を得る距離情報入力装置と、前記反射波のうち同じ反射点から前記第１のマイクロホン及び前記第２のマイクロホンへ到来した反射波対を特定し、前記検出された複数の反射波対から床からの反射波を判定し、前記距離の大小関係に関する情報とから、前記各スピーカーの高さを算出する高さ算出装置とから構成される。

さらに、前記高さ算出装置によって算出された前記複数のスピーカーの高さと、仰角方向の仮想音像を生成する高さから、前記各スピーカーから出力する仮想音像を生成するための音声特性パラメータを算出するパラメータ算出装置と備えるように構成しても構わない。

このような構成により、スピーカーからの直接波だけでなくマルチチャンネル再生音場周辺からの反射波、特に床で１度反射してマイクロホンへ到来する反射波（以降、ある場所で一度反射してマイクロホンへ到来する反射波のことを１次反射波という）を用いることによって、２つのマイクロホンでスピーカーの高さを測定でき、異なる高さのスピーカーからなるマルチチャンネル再生装置においても、高さの一様な仰角方向のサラウンド音場を生成することが可能となる。

以上のように本発明のオーディオ再生装置によれば、試聴点に対するスピーカーの高さを少ないマイクロホンで測定することが可能となり、複数スピーカーの水平面方向のばらつきだけでなく高さ方向のばらつきも補正することができ、良好なマルチチャンネル再生音場を構築することが可能となる。

本発明の実施の形態におけるオーディオ再生装置の構成を示す図 本発明の実施の形態におけるオーディオ再生装置の一部である信号解析装置の構成を示す図 マイク信号入力装置の構成を示す図 スピーカーからの出力音声が壁を反射してマイクロホンへ到達する様子を示す図 スピーカーからの出力音声が床や天井を反射してマイクロホンへ到達する様子を示す図 第１のマイクロホン及び第２のマイクロホンの入力信号の時系列信号の例を示す図 スピーカーから床、前後の壁、天井までの距離の大小関係に関する情報の入力を促す入出力装置の画面例を示す図 スピーカーからの直接波と床を反射する１次反射波との行路長とスピーカーの高さとの関係を示す図 マイクロホン1とマイクロホン２との、検索された振幅極大点と相互相関係数をもとめるデータ範囲とを示した図 スピーカーの高さの違いによるフライオーバーの軌跡の変化を示す図 信号解析装置の構成要素である、反射波検出装置の処理内容を示したフロー図 反射波検出装置の処理の一部である、極大値検索処理の処理内容を示したフロー図

（実施の形態）
以下、本発明の実施の形態について、図を用いながら説明する。具体例として示すオーディオ再生装置は、マルチチャンネル再生音場において用いられる複数のスピーカーに対してそれぞれの高さを測定し、各々のスピーカーの高さデータから決められた高さに仮想音像をつくるためのパラメータを生成する機能を実現するものである。

図１は本実施の形態のオーディオ再生装置の構成を示す略図である。

図１において、本実施の形態のオーディオ再生装置は、マイクロホン１０１から出力されたマイク信号の増幅やＡＤ変換を行うマイクロホン信号入力装置１０３、マイクロホン信号入力装置１０３と同様の働きをするマイクロホン１０２用のマイクロホン信号入力装置１０４、マイクロホン信号入力装置１０３、１０４から出力されたデジタル信号を解析し、スピーカー１１２から１１６の高さを測定する信号解析装置１０５、スピーカー１１２から１１６へ測定用信号を出力する測定信号再生装置１０７、制御装置１０６、入出力装置１０８、入力切替装置１０９、演算装置１１０、再生装置１１１から構成される。

制御装置１０６は信号解析装置１０５、測定信号再生装置１０７、入出力装置１０８、入力切替装置１０９、演算装置１１０、再生装置１１１の制御を行う。再生装置１１１は、サラウンドコンテンツを再生する。

演算装置１１０は制御装置１０６から受信した各スピーカーの高さ情報を元に仮想音像を生成するためのパラメータを算出し、再生装置１１１で再生されたコンテンツデータの各チャンネル信号に対し演算処理を行う。

入力切替装置１０９は制御装置１０６の指示を受けて測定信号再生装置１０７と演算装置１１０の出力とのいずれかを選択してスピーカー１１２から１１６出力する。

入出力装置１０８はユーザーへの情報の出力や、ユーザーからの情報の入力を受け付ける。

また図２は、本発明の実施の形態において、図１に示す信号解析装置１０５の詳細な構成図である。

また図３は、本発明の実施の形態において、図１に示すマイクロホン信号入力装置１０３、１０４の詳細な構成図である。

また図７は、本発明の実施の形態において、図１に示す入出力装置１０８が出力する画面の一例である。

また図９は、本発明の実施の形態において、マイクロホン１０１とマイクロホン１０２とのインパルス応答データにおいて、直接波及び反射波を示し、マイクロホン１０１とマイクロホン１０２とのデータ間で相互相関係数を算出する際に用いるデータの範囲を示す図である。

また図１１は、信号解析装置１０５を構成する反射波検出装置の処理内容を示したフロー図である。

また図１２は、反射波検出装置の処理の一部である、極大値検索処理の処理内容を示したフロー図である。

以下、図面を参照しながら本発明のオーディオ再生装置の動作について説明する。

図１において、スピーカー１１２から１１６は再生環境内に配置され、マイクロホン１０１とマイクロホン１０２との間隔は０．１７ｍであり、その中点が試聴点に位置している。高さは１．２ｍとしている。マイクロホン１０１とマイクロホン１０２との間隔は、スピーカーからの距離に対して充分短く、かつＡＤＣ３０３の分解能以上であれば特にこの距離でなくとも良い。またマイクロホン１０１，マイクロホン１０２の高さも、既知であれば特にこの高さでなくとも良い。

制御装置１０６は、スピーカー１１２、１１３、１１４、１１５、１１６の順番で１本ずつその高さを測定するように各装置の制御を実施する。ここではスピーカー１１２の測定実施例を示す。

入出力装置１０８には例えば図７のように表示が行われユーザーに対し、スピーカー１１２から床、前壁、後壁、天井までの距離の大小関係の情報を入力するように促される。ユーザーによって入力された情報は制御装置１０６へ送信され、保持される。

制御装置１０６は入力切替装置１０９に対し、スピーカー１１２へ測定信号送出装置１０７からの信号を送出するように指示を出す。

入力切替装置１０９は制御装置１０６からの指示を受けて、測定信号送出装置１０７からの信号を出力するようにする。

制御装置１０６は測定信号送出装置１０７に対して、測定信号をスピーカー１１２から送出するように指示を出す。

制御装置１０６からの指示を受けて、測定信号送出装置１０７は測定信号をスピーカー１１２へ測定信号を送出する。

ここで用いられる測定信号は例えばＴＳＰ（Ｔｉｍｅ Ｓｔｒｅｔｃｈ Ｐｕｌｓｅ）信号といった、再生音場のインパルス応答が測定可能な信号であれば、特別な信号を用いる必要はない。また、測定信号送出装置１０７に保持されている測定信号の形態は、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）やＤＶＤ、ＳＤに記録されているものでもいいし、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｃ Ｄｒｉｖｅ）にあらかじめ記録されているものでもかまわない。そして測定信号送出装置１０７も測定信号が記録されている形態にあわせて、ＣＤプレーヤー、ＤＶＤプレーヤー、ＳＤカードプレーヤーや、ＨＤＤデータをサウンドカードで読み出して再生する再生装置でも構わない。

スピーカー１１２から出力された信号は、スピーカー１１２から直接あるいは周辺の壁や床、天井を反射してマイクロホン１０１、１０２によって収音される。

マイクロホン１０１、１０２は収音した応答信号データをアナログデータとして出力する。

マイクロホン１０１、１０２から出力された応答信号アナログデータはそれぞれ、マイク信号入力装置１０３、１０４へ入力される。

図３において、マイクロホンからの応答信号アナログデータはマイクアンプ３０２で増幅される。増幅された応答信号アナログデータはＡＤＣ（アナログ−デジタル変換器）３０３でデジタルデータへ変換される。

ＡＤＣ３０３から出力された応答信号デジタルデータは、信号処理装置３０４によってインパルス応答データとなる。

以上の動作は、マイクロホン１０１の出力アナログデータに対してマイク入力装置１０３が、またマイクロホン１０２の出力アナログデータに対してマイク入力装置１０４がそれぞれ行い、マイクロホン１０１、１０２の収音データに対して、それぞれのインパルス応答データが生成される。この時、インパルス応答データは振幅値ではなくエネルギーの時系列データに変換される。

ここから、信号解析装置１０５の動作説明を、図２と図７とを用いて行う。信号解析装置１０５は、入力としてマイクロホン１０１のインパルス応答のエネルギーデータ２１０、マイクロホン１０２のインパルス応答のエネルギーデータ２１１、測定信号送出開始タイミングデータ２２２及びスピーカーから床、壁、天井までの距離の大小関係を示すデータ２２３を用いる。また、スピーカーの高さデータ２２１を出力とする。

図１の信号解析装置１０５と図２の２０１は同じものである。

信号解析装置２０１は、マイク信号入力装置１０３、１０４から出力されるマイクロホン１０１、マイクロホン１０２のそれぞれのインパルス応答のエネルギーデータ２１０、２１１をいったん記憶装置２０２に記憶する。

次に直接波検出装置２０３の動作を説明する。

本発明のオーディオ再生装置の構成により、スピーカーからの直接波だけでなくマルチチャンネル再生音場周辺からの反射波、特に床で１度反射してマイクロホンへ到来する反射波（以降、ある場所で一度反射してマイクロホンへ到来する反射波のことを１次反射波という）を用いることによって、２つのマイクロホンでスピーカーの高さを測定でき、異なる高さのスピーカーからなるマルチチャンネル再生装置においても、高さの一様な仰角方向のサラウンド音場を生成することが可能となる。

まず、本発明のオーディオ再生装置による構成により反射音を検出できる仕組みについて説明を行う。

図８は、床からの高さが未知（ｘとする）のスピーカー８０１と床からの高さが既知（Ｈとする）であるマイクロホン８０２とを表した図である。８０３は直接波のスピーカー８０１からマイクロホン８０２での行路、８０５はスピーカー８０１から床までの行路、８０４は床からマイクロホン８０２までの行路である。床を１度反射してマイクロホン８０２へ到達する１次反射波の行路は（８０４＋８０５）になる。一方、８０７は、スピーカー８０１の床に対して対称な位置にある仮想音像である。この仮想音像８０７からマイクロホン８０２までを結んだ直線（８０６＋８０４）の長さは、幾何学的に１次反射波の行路（８０４＋８０５）と同じになる。

直接波の行路８０３の長さをＤ_１、仮想音像８０７からマイクロホン８０２までの行路（８０６＋８０４）の長さをＤ_２、更にスピーカー８０１とマイクロホン８０２との間の、床面に投影した距離をｙとすると、以下の式が成り立つ。

Ｄ_１ ^２＝ｙ^２＋（Ｈ−ｘ）^２ （１）
Ｄ_２ ^２＝ｙ^２＋（Ｈ＋ｘ）^２ （２）
数式（１）、（２）から、
ｘ＝（Ｄ_２ ^２−Ｄ_１ ^２）／Ｈ （３）
以上から、スピーカーからの直接波の行路長と床での１次反射波の行路長と求まれば、スピーカーの高さを算出することができる。

次にマイクロホンでの測定データの一例を図６に示す。スピーカーから測定用の信号を出力した時の波形であり、縦軸は振幅、横軸は時間を表す。６０１、６０２は直接波を示している。その後に、いくつか振幅が大きくなっている部分が見られる（６０３、６０４）。これが１次反射波を示している。通常の部屋で測定した場合は床だけでなく、天井や壁などでも反射してマイクロホンに到達する。更に一度反射した反射波だけでなく、複数回反射した後にマイクロホンに到達する反射波もある。しかし、一度反射することによる振幅の減衰が大きいため、振幅の大きさを比較することで測定データから１次反射波を選り分けるは可能である。

図４はスピーカーとマイクロホンとを配置した部屋を上から見た図、図５は横から見た図である。図４において、マイクロホン４０１、４０２へ到来する１次反射波は横の壁に反射する反射波４０４、４０５、４０６、４０７、マイクロホン４０１、４０２の後方の壁を反射してマイクロホン４０１、４０２へ到来する反射波４０８、４０９、更にスピーカー４０３の後方（マイクロホン４０１、４０２の前方）の壁を反射してマイクロホン４０１、４０２へ到来する反射波４１０、４１１がある。また図５では、スピーカー５０１から発音し、床を反射してマイクロホンへ到来する反射波５０４、天井を反射してマイクロホンへ到来する反射波５０３がある。これらの反射波から、床からの反射波を選別して、上式を用いてスピーカーの高さを算出する。

右側の壁に反射する反射波４０６、４０７は２つのマイクロホンへ到来する順番が直接波とは逆になるため、床からの反射波でないことが明らかである。また、左側の壁からの反射波に関しては、左側の壁に対して対称の位置にある仮想音像４１２からの直接波と考えると、２つのマイクロホンが並んでいる方向においてスピーカー４０３よりも遠い位置に存在し、到来波の２つのマイクロホン間の時間差が直接波のそれよりも大きくなり、床の反射波と区別することが可能である。

その他の反射波に関しては、部屋のサイズやスピーカーやマイクロホンの配置などで到来時間が変わる可能性が高い。例えば、スピーカーとスピーカー後方の壁との距離が、床からスピーカーまでの高さよりも大きい場合は、後方の壁からの反射波の方が早くマイクロホンに到達することもある。つまり、スピーカーから、床、後方の壁、前方の壁、天井までの距離の大小によって、マイクロホンまでの到来時間が変わる。

スピーカーから、床、後方の壁、前方の壁、天井までの距離の大小関係の情報と、１次反射波の到来時間とを比較することによって、床からの反射音を選り分けることが可能となる。

直接波検出装置２０３は、まず、記憶装置２０２に保存されている、マイクロホン１０１が収音した応答信号のインパルス応答データ２１２、及びマイクロホン１０２が収音した応答信号のインパルス応答データ２１３のそれぞれにおけるエネルギーの最大値を探し、その最大値及びその時のサンプル数を求める。

マイクロホン１０１のインパルス応答データのエネルギーの最大値をＥＭＡＸ_Ｍ１、その最大値をとるサンプル数をＰＰ_１、マイクロホン１０２のインパルス応答データのエネルギーの最大値をＥＭＡＸ_Ｍ２、その最大値をとるサンプル数をＰＰ_２とする。

制御装置１０６から送付される測定信号送出開始タイミングデータ２２２と先に求めたＰＰ_１、ＰＰ_２からスピーカー１１２とマイクロホン１０１、及びマイクロホン１０２との間の距離Ｄ_ＳＭ１、Ｄ_ＳＭ２を算出する。

測定信号送信開始タイミングがマイクロホン入力装置１０３、１０４への入力開始タイミングが同時になるように設定すると、マイクロホン１０１のインパルス応答データの開始点からＰＰ_１まで、及びマイクロホン１０２のインパルス応答データの開始点からＰＰ_２までの経過時間が、スピーカー１１２から出力された直接波がマイクロホン１０１、及び１０２までに到達するまでの時間となる。

ここで音速を３７０ｍ／ｓ、ＡＤＣ３０３のサンプリング周波数を４８ｋＨｚとすると、スピーカー１１２からマイクロホン１０１までの距離Ｄ_ＳＭ１は数式（４）で表される。

Ｄ_ＳＭ１＝ＰＰ_１×３７０／４８０００ （４）
同様にスピーカー１１２からマイクロホン１０２までの距離Ｄ_ＳＭ２は、数式（４）のＰＰ_１の代わりにＰＰ_２を用いて求められる。

スピーカー１１２の高さを仮にｘ_spaとし（例えば、平均的な部屋における床から天井までの距離である２．４ｍ）、その場合のスピーカー１１２から出力されて床を反射してマイクロホン１０２に収音される１次反射波の行路長を算出する。数式（３）を変形して、
Ｄ_２ ＝（ｘ×Ｈ＋Ｄ_１ ^２）^１／２ （５）
とし、この式にｘ＝ｘ_{spa＝２．４ｍ、Ｄ１}＝Ｄ_ＳＭ１、Ｈ＝１．２ｍを代入すれば、スピーカー１１２から床を１度反射してマイクロホン１０１へ到達する１次反射波の行路長が求められる。更に数式（４）を変形した
ＰＰ_ｍ＝Ｄ_２×４８０００／３７０ （６）
を用いて、サンプル数データＰＰ_ｍを求める。

ＰＰ_１とＰＰ_２との大小比較を行い、このサンプル数の差（Ｄ_ＰＰ）を求める。これにより、マイクロホン１０１、及び１０２のどちらに直接波が先に到達したのかが判明する。Ｄ_ＰＰと直接波が先に到達したマイクのデータとを出力する。マイクロホン１０１の場合は１、マイクロホン１０２の場合は２とする。今後、ＰＰ_１がＰＰ_２より小さい場合について説明を続ける。

次に、反射波検出装置２０４の動作について説明する。

図１１は反射波検出装置２０４の処理内容を示したフロー図である。図１２は反射波検出装置２０４の処理の一部である極大値検出処理の処理内容を示したフロー図である。以下、図２、図１１、図１２を用いて、反射波検出装置２０４の動作について説明する。

直接波検出装置２０３から出力されるマイクデータ２１４とサンプル数データＰＰ_１（２１５）、ＰＰ_ｍ（２１６）、マイクロホン１０１のインパルス応答の最大エネルギーＥＭＡＸ_ｍ１（２１７）とを取得する。

マイクデータ２１４を参照して直接波が先に到達したマイクを判別した後、記憶装置２０２に保持されているマイクロホン１０１のインパルス応答のエネルギーデータ２１２の（ＰＰ_１＋１０）番目のデータから（ＰＰ_ｍ＋１０）番目のデータまでの区間（ＰＰ_ｍ−ＰＰ_１）個のデータに対して、エネルギーが極大になるデータサンプルを検索する。１０×ｌｏｇ_１０（ＥＭＡＸ_ｍ１）の対数をとった値から１０を引いた値を閾値（Ｅ_ｂ）とする。繰り返し処理に用いる変数Ｎの最大値Ｎ_{ｃｈｅｃｋ}の値を（ＰＰ_ｍ＋１０）に設定する（処理１１０２）。

閾値以上のエネルギーデータを検出したかどうかのフラグデータｆを準備し、初期値を０にする。また、変数Ｎの初期値を（ＰＰ_１＋１０）に設定する（処理１１０４）。

Ｎ番目のインパルス応答のエネルギーデータＥ[Ｎ]の対数をとった値に１０をかけた値１０×ｌｏｇ_１０（Ｅ[Ｎ]）とＥ_ｂとの比較を行う（処理１１０６）。

閾値以上のエネルギーが検出された場合には、フラグデータｆを1にする（処理１１０７）。

処理１１０６を行う度にＮに１を足し、ＮがＮ_{ｃｈｅｃｋ}になるまで繰り返す（処理１１０８、１１０５）。

いったん繰り返し処理が終わった後、ｆが１かどうかを確認する（処理１１０９）。

ｆが１ならば、閾値Ｅ_ｂ以上のエネルギーがあるとして次の極大値検索処理へ進むが、０ならばＥ_ｂの値から１０を引いて新たなＥ_ｂとする（処理１１１０）。

再度（ＰＰ_１＋１０）番目から（ＰＰ_ｍ＋１０）番目のデータまでのインパルス応答のエネルギーデータと比較する。

これを１０×ｌｏｇ_１０（ＥＭＡＸ_ｍ１）とＥ_ｂとの差が６０まで実施し（処理１１０３〜処理１１０８）、それでも閾値以上のデータが見つからない場合は極大値個数Ｃ_ｎｕｍをゼロとセットして（処理１１１１）処理を終了する。

次に極大値検索処理について説明する（図１２）。

これはインパルス応答データでエネルギーの極大値箇所を検出する処理である。（ＰＰ_ｍ−ＰＰ_１）個のインパルス応答データそれぞれに検出フラグデータｆ［ｘ］を用意し、ゼロに初期設定する（処理１２０２）。

検出する極大値の個数の最大値をＣ_ｍａｘ（ここでは5とする）とし、検出した極大値の個数Ｃ_ｎｕｍを０に設定する。更に、閾値Ｅ_ｂを上記の値に９を足したものに設定し、繰り返し処理に用いる変数Ｎの最大値Ｎ_{ｃｈｅｃｋ}の値を（ＰＰ_ｍ＋１０）に設定する（処理１２０３）。

変数Ｎを初期値（ＰＰ_ｍ＋１０）に設定し、以下の処理１２０６から１２０８を、Ｎの値がＮ_{ｃｈｅｃｋ}になるまで繰り返す。

ｆ[Ｎ]の値を確認し（処理１２０６）、０ならばＥ_ｂと１０×ｌｏｇ_１０（Ｅ[Ｎ]）との比較を実施（処理１２０７）する。ｆ[Ｎ]の値が１ならば次のサンプルデータへ移る。

比較の結果、１０×ｌｏｇ_１０（Ｅ[Ｎ]）の値がＥ_ｂ以上ならば極大値個数Ｃ_ｎｕｍに１を加え、この時のサンプルデータをＰＰ_ｍａｘ［Ｃ_ｎｕｍ］に保持する。更に前後３サンプルのデータも含めてｆ[Ｎ]を１にセットする（処理１２０８）。もし、１０×ｌｏｇ_１０（Ｅ[Ｎ]）の値がＥ_ｂより小さい場合は何もしない。

繰り返し処理が終了した後、極大値個数Ｃ_ｎｕｍが所定個数Ｃ_ｍａｘ以上になったかどうかを確認する（処理１２１０）。

Ｃ_ｎｕｍがＣ_ｍａｘに達しなかった場合、Ｅ_ｂから１を引いた値を新たなＥ_ｂとして（処理１２１１）、比較処理を再度行う。この繰り返しをＣ_ｎｕｍがＣ_ｍａｘに達するまで実施する（ここでは、Ｃ_ｎｕｍが５つになったとする）。

次に、相互相関係数算出処理２０５について説明する。

相互相関係数算出処理２０５は、まず、極大値個数データＣ_ｎｕｍ（２１８）と、エネルギー極大値を持つサンプルデータＰＰ_ｍａｘ［ｚ］（ｚは１からＣ_ｎｕｍ）（Ｃ_ｎｕｍ＝５）２１９とを、記憶装置２０２から取得し、また、マイクロホン１０１のインパルス応答データ２１２及びマイクロホン１０２のインパルス応答データ２１３を取得する。そして、ＰＰ_ｍａｘ［ｚ］（ｚは１からＣ_ｎｕｍ）（Ｃ_ｎｕｍ＝５）の前後の所定サンプル数分だけ、マイクロホン１０２のインパルス応答データとの相互相関係数を求める。

図９に示すように、マイクロホン１０１のインパルス応答データの、ＰＰ_ｍａｘ［１］を中心としたＮ_ｄ個のデータと、マイクロホン１０２のインパルス応答データのＰＰ_ｍａｘ［１］−Ｎ_ｄ／２からＮ_ｄ個のデータとの相互相関係数を算出する。その計算が終わった後、次はマイクロホン１０２のインパルス応答データのＰＰ_ｍａｘ［１］−Ｎ_ｄ／２＋１からＮ_ｄ個のデータとの相互相関係数を算出する。このように、マイクロホン１０２側のインパルス応答データ２１１の範囲を１つずつずらしながら相互相関係数を算出し、データ範囲がＰＰ_ｍａｘ［１］＋Ｄ_ＰＰ−Ｎ_ｄ／２からＰＰ_ｍａｘ［１］＋Ｄ_ＰＰ＋Ｎ_ｄ／２までになるまで継続する。こうして得られたＤ_ＰＰ個の相互相関係数の中での最大値を求める。この処理をＣ_ｎｕｍ個（ここでは５個）のＰＰ_ｍａｘそれぞれに対して行い、それぞれの最大相互相関係数をＩ［ｚ］（ｚは１から５）で表す。

次に、高さ算出装置２０８について説明する。

相互相関値算出装置２０７で算出した最大相互相関係数Ｉ［１］、Ｉ［２］、Ｉ［３］、Ｉ［４］、Ｉ［５］（２２０）を取得し、閾値Ｉ_ＴＨとの大小比較を行う（例えばＩ_ＴＨ＝０．７とする）。この閾値以上の相互相関係数は、マイクロホン１０１側の１次反射波のデータと相関の高い、つまり、同じ反射波のデータがマイクロホン１０２の演算範囲データ内に存在することを意味する。最大相互相関係数が低い場合には、マイクロホン１０２側に現れる１次反射波は、演算範囲データ外にある、すなわち直接波の到来時間差以上の到来時間差がある場合であり、横壁からの１次反射波など、床、天井、前後の壁の反射波以外の反射波と考えられる。

図９中のマイクロホン１０１側のサンプルＰＰ_ｍａｘ［３］に振幅の極大値が存在するが、マイクロホン１０２側のサンプルＰＰ_ｍａｘ［３］からＰＰ_ｍａｘ［３］＋Ｄ_ＰＰ＋Ｎ_ｄ／２までの間に同様の振幅の極大値が存在しないため、相互相関係数は低いものとなる。従って、Ｉ［３］はここで選択から外れることとなる。

閾値Ｉ_ＴＨ以上の最大相互相関係数を持つ極大値を選択した後、それぞれの極大値のサンプル数ＰＰ_ｍａｘ［１］、ＰＰ_ｍａｘ［２］、ＰＰ_ｍａｘ［４］、ＰＰ_ｍａｘ［５］と、スピーカーから壁や床、天井までの距離の大小順とを比較する。

制御装置１０６から、スピーカー１１２から再生音場内の床、天井、前後の壁までの距離の大小順のデータを取得し、床の距離の順位から床からの１次反射波によるエネルギーの極大値を選択する。例えば、図７に示すように床からスピーカーまでの距離が、後方の壁からスピーカーまでの距離に次いで２番目に短いのであれば、２番目に小さいサンプル数ＰＰ_ｍａｘ［２］を床からの１次反射と判定する。ＰＰ_ｍａｘ［２］から直接波と同様に行路長を算出し、数式（３）を用いてスピーカー１１２の高さを算出する。

以上の処理をスピーカー１１２から１１６まで実施して各々の高さを算出し、制御装置１０６へ出力する。視聴者は入出力装置１０８から仰角方向のサラウンド音場の所望の高さを入力し、入出力装置１０８は制御装置１０６へ高さ情報を転送する。制御装置１０６は仰角方向のサラウンド音場の高さ情報と、各スピーカーの高さ情報を演算装置１１０へ転送する。演算装置１１０は、各スピーカーの高さと、スピーカーの高さと仰角方向のサラウンド音場の高さとの差から、仮想音像を生成するために各スピーカーから出力する音声データに適用する特性データを算出する。

制御装置１０６は測定終了を判断し、入力切替装置１０９の入力をコンテンツ再生装置１１１からのデータにするように指示を出す。

このように本発明では、室内の第１反射波と、スピーカーから床や壁、天井までの距離大小関係の情報とを利用することによって２つのマイクロホンでスピーカーの高さを測定することが可能となる。

なお、本発明では上記実施形態に限定されるものではなく、例えば信号解析装置１０５の中の反射波検出装置２０４においての極大値検出処理は、同様の結果が得られるものであれば、本発明に適用可能である。

本発明のオーディオ再生装置によれば、従来の音場補正機能にスピーカーの高さ方向の補正機能を容易に付加することが可能となるため、音場補正機能を有するＡＶアンプやマルチチャンネル音場再生機器において有用である。

１０１、１０２ マイクロホン
１０３、１０４ マイク信号入力装置
１０５ 信号解析装置
１０６ 制御装置
１０７ 測定信号再生装置
１０８ 入出力装置
１０９ 入力切替装置
１１０ 演算装置
１１１ 再生装置

Claims (2)

1. 複数のスピーカーを用いて仰角方向に仮想音像を生成するオーディオ再生装置において、
   所定の高さに設置され、前記スピーカーから出力される音声信号および再生音場内の反射音を収音する第１のマイクロホンと、
   前記第１のマイクロホンと同じ高さに設置され、前記第１のマイクロホンから所定距離だけ離れた位置に設置される第２のマイクロホンと、
   前記第１のマイクロホンの出力信号及び第２のマイクロホンの出力信号に含まれる複数の反射波を検出する反射波検出装置と
   前記複数の反射波のマイクロホン間の相互相関係数を算出する相互相関値算出装置と、
   前記再生音場内において、前記複数のスピーカーから床、天井、壁を含む反射面への距離の大小関係に関する情報を得る距離情報入力装置と、
   前記反射波のうち同じ反射点から前記第１のマイクロホン及び前記第２のマイクロホンへ到来した反射波対を特定し、前記検出された複数の反射波対から床からの反射波を判定し、前記距離の大小関係に関する情報とから、前記各スピーカーの高さを算出する高さ算出装置と
   からなることを特徴とするオーディオ再生装置。
2. 前記高さ算出装置によって算出された前記複数のスピーカーの高さと、仰角方向の仮想音像を生成する高さから、前記各スピーカーから出力する仮想音像を生成するための音声特性パラメータを算出するパラメータ算出装置とをさらに備えることを特徴とする、請求項１記載のオーディオ再生装置。